Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindung V zum Komplexieren von metallischen Isotopen, umfassend einen Chelator X und einen oder mehrere, mit dem Chelator X konjugierte Targetingvektoren mit der Struktur -L₁-R₁-L₂-R₂-L₃-R₃, wobei R₃ ein Bisphosphonat enthält. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein Pharmakon, das aus der Verbindung V und einem mit der Verbindung V komplexierten, metallischen Isotop besteht, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Pharmakons.

Bisphosphonate (BP) sind eine Stoffgruppe zur Behandlung von Erkrankungen des Knochen- und Calciumstoffwechsels. Hierzu zählen Morbus Paget, Osteoporose und die konventionelle systemische Behandlung von Knochentumoren. Bisphosphonate zeichnen sich durch eine ausgeprägte Selektivität in ihrer Anreicherung im Organismus an mineralischem Calciumphosphat aus. Im Zielgewebe lösen sie mehrere Effekte aus. Zum einen hemmen sie die Mineralisation der Knochensubstanz, zum anderen den Knochenabbau. Ihre Wirkung beruht u. a. auf der Hemmung der Farnesyl-Pyrophosphat-Synthase (FPPS), einem Enzym im HMG-CoA-Reduktase-(Mevalonat)-Weg. Durch die Hemmung des Enzyms wird die Produktion von Farnesyl, einem wichtigen Molekül zur Verankerung von Signalproteinen an der Zellmembran in der Zelle (FPPS), gehemmt. Als Folge wird die Apoptose in der Zelle eingeleitet. Dadurch haben derartige Bisphosphonat-Derivate bereits eine Therapie-relevante Funktion auch auf dem Niveau einer einzelnen Zelle.

Durch die selektive Anreicherung von Bisphosphonaten an der Knochenoberfläche betrifft die apoptotische Wirkung in besonderem Maße die osteogenen Zellen, hierbei vor allem die Osteoclasten, welche die Bisphosphonate durch die Demineralisierung der Knochenmatrix in größerem Umfang aufnehmen. Durch die Verringerung der Osteoclastenaktivität wird ein antiresorptiver Effekt erreicht.

Folgende Bisphosphonate sind heute klinisch relevant: Clodronat, Alendronat, Etidronat, Ibandronat, Risedronat und Zoledronat. Hierin werden die folgenden Abkürzungen verwendet:

• ZOL = Zoledronat.
• PAM = Pamidronat.

Diese Abkürzungen werden bei den hierin beschriebenen Konjugaten hochgestellt nach dem Namen oder der Abkürzung des Chelators X verwendet: beispielsweise bezeichnet DOTA^PAM das Pamidronat-DOTA-Konjugat.

Innerhalb der Verbindungsklasse der Bisphosphonate unterschiedet man zwischen α-H-Bisphosphonaten, α-Hydroxy-Bisphosphonaten, Stickstoff-haltigen Bisphosphonaten (N-BP) und heterozyklischen Stickstoff-haltigen Bisphosphonaten. Diese unterscheiden sich deutlich in ihrer Bindungseffektivität am Knochen, ihrer Pharmakokinetik und ihrem Inhibitionspotential der FPPS auf Grund unterschiedlicher Struktur-Wirkungsbeziehungen.

Die kinetische Bindungsaffinität zur mineralischen Knochensubstanz bzw. zu künstlichem Hydroxyapatit (HA) steigt mit folgender Reihenfolge der Verbindungen: Clodronat < Etidronat < Risedronat < Ibandronat < Alendronat < Pamidronat < Zoledronat und in der Sequenz von α-H-Bisphosphonaten zu α-Hydroxy-Bisphosphonaten. Die zusätzliche OH-Gruppe stellt eine Koordinationsstelle zur Bindung an HA dar. Ein weiterer wichtiger Faktor, der die Affinität zu HA bestimmt, ist das Stickstoff-Atom in C_3-4-Position zu den geminalen Bisphosphonaten der N-Bisphosphonate und heterozyklischen N-Bisphosphonate. Dieser dient ebenfalls als zusätzliche Donorstelle zu HA, hat aber auch einen entscheidenden Einfluss auf das Zeta-Potential der Bisphosphonate bei physiologischem pH-Wert. Bisphosphonate mit positiv geladener Seitenkette wie Alendronat, Pamidronat und Zoledronat zeigen höhere Bindungskapazitäten an HA (R. G. G. Russell, N. B. Watts, F. H. Ebetino, M. J. Rogers, Mechanisms of action of bisphosphonates: similarities and differences and their potential influence on clinical efficacy, Osteoporose Int. 2008; 19: 733-759).

Radioaktive Tracer auf Basis von Verbindungen, die eine Bindungskapazität zu den unterschiedlichen Funktionalitäten des HA aufweisen, werden zu diagnostischen wie auch zu therapeutischen Zwecken seit längerem routinemäßig verwendet.

Radioaktiv markierte Bisphosphonate wie [^99mTc]MDP (Methandiphosphonsäure) oder [^99mTc]HMDP (Hydroxymethandiphosphonsäure) werden in der Skelettszintigraphie von Knochenstoffwechselerkrankungen und Knochentumoren eingesetzt. Gegenüber der Skelettszintigraphie bzw. SPECT (Single Photon Computed Tomography) stellt die PET (Positronen Emissions Tomography) mit [¹⁸F]NaF jedoch eine deutlich sensitivere Methode zur Detektion von Knochentumoren dar. Radiomarkierte Bisphosphonate als PET-Tracer sind kommerziell nicht etabliert (E. Even-Sapir, U. Metser, G. Lievshitz, H. Lerman, I. Leibovitch, The Detection of Bone Metastases in Patients with High-Risk Prostate Cancer: 99mTc-MDP Planar Bone Scintigraphy, Single- and Multi-Field-of-View SPECT, 18F-Fluoride PET, and 18F-Fluoride PET/CT, J. Nucl. Med. 2006; 47: 287-297).

Einen weiteren Einsatzbereich von Radiometallen stellt die palliative Schmerztherapie von Knochentumoren dar. Hier werden insbesondere die Radioisotope von Metallen der zweiten Hauptgruppe wie ⁸⁹Sr(II) und ²²³Ra(II) eingesetzt. Diese Calciumanaloga werden mit hoher biologischer Halbwertszeit, ähnlich wie Calcium, bei der Mineralisierung des Knochens eingelagert. ²²³Ra(II) wurde 2013 als palliatives Endoradiotherapeutikum zur Behandlung von Knochentumoren zugelassen. Als problematisch zeigt sich bei diesen Calciummimetika allerdings die Ausscheidung der radioaktiven Substanz über den Darm (siehe Fig. 1: Vergleich von [^99mTc]MDP und ²²³RaCl₂ an Tag 1, 2 und Tag 6 nach der Injektion: aus O. Sartor, P. Hoskin, Ø. S. Bruland, Targeted radio-nuclide therapy of skeletal metastases, Cancer Treatment Reviews, 2013; 39: 18-26).

Dreiwertige metallische Radionuklide wie ¹⁵³Sm(III), ¹⁷⁷Lu(III) und ⁹⁰Y(III) müssen mit Hilfe eines schwachen Chelators wie Citrat, EDTMP (Ethylenediamintetra[methylen phosphonsäure]) oder HEDTA ([Hydroxyethyl]-ethylen diamintriessigsäure) injiziert werden, um Komplexdissoziation und Leberakkumulation zu vermeiden. Stabilisierungen der dreiwertigen Radiolanthanide in Form makrozyklischer Chelatoren sind nicht etabliert. Dies ist insofern bemerkenswert, als z.B. das β-emittierende ¹⁷⁷Lu aufgrund seiner nuklearen Charakteristik (Halbwertzeit, Anteil und Energetik der β-Partikel), seiner kommerziellen Verfügbarkeit und der trägerfreien Konzentration auch kommerziell vielversprechend für therapeutische Ansätze für Knochentumore ist.

Im Bereich der quantitativen Bildgebung ist der Positronen-Emitter ⁶⁸Ga außerordentlich relevant, sowohl aus Gründen seiner Generator-basierten Verfügbarkeit, als auch aufgrund seiner nuklearen und chemischen Charakteristika. Als dreiwertiges Kation allein ist es nicht hinreichend selektiv bzgl. der Anreicherung an Knochentumoren. Typischerweise werden ⁶⁸Ga-Komplexe benötigt, bei denen die Liganden Phosphonat-Profile aufweisen, die eine Affinität zu HA und eine günstige Pharmakologie in den übrigen Organen vermitteln sollen.

Im Kontext von knochenaffinen Verbindungen wurde EDTMP mit ⁶⁸Ga(III) evaluiert, zeigte jedoch nur eine ungenügende Anreicherung im Zielgewebe und eignet sich folglich nur unzureichend als Diagnostikum (J. Goyal, E. S. Antonarakis, Bone-targeting radiopharmaceuticals for the treatment of prostate cancer with bone metastases, Cancer Letters, 2012; 323: 135-146; O. Sartor, P. Hoskin, Ø. S. Bruland, Targeted radio-nuclide therapy of skeletal metastases, Cancer Treatment Reviews, 2013; 39: 18-26; M. Mitterhauser, S. Toegela, W. Wadsak, R. Klugerg, H. Viernstein , R. Dudczaka, K. Kletter, Pre vivo, ex vivo and in vivo evaluations of [68Ga]EDTMP, Nuclear Medicine and Biology, 2007; 34: 391-397).

Im aktuellen Fokus der Forschung befinden sich makrozyklische Liganden, vor allem DOTA (1,4,7,10-Tetraazacyclododecan-1,4,7,10-tetraessigsäure), DOTAM (1,4,7,10-Tetrakis(carbamoylmethyl)-1,4,7,10-tetraazacyclododecan) bzw. NOTA (1,4,7-triazacyclononan-1,4,7-triessigsäure) als konjugierte Bisphosphonate. Diese eignen sich auf Grund ihres makrozyklischen bifunktionellen Chelators zur stabilen Komplexierung unterschiedlichster Radiometalle, wie beispielsweise ⁶⁸Ga(III) und dem Therapienuklid ¹⁷⁷Lu(III). Unter den in der Fachliteratur wie auch Patentschriften beschriebenen DOTA-Bisphosphonaten, bzw. NOTA-Bisphosphonaten befinden sich ausschließlich α-H-Bisphosphonate und α-Hydroxy-Bisphosphonate, jedoch keine N-heteroaromatischen Verbindungen (M. Meckel, M. Fellner, N. Thieme, R. Bergmann, V. Kubicek, F. Rösch, In vivo comparison of DOTA based 68Ga-labelled bisphosphonates for bone imaging in non-tumour models, Nucl. Med. Biol., 2013; 40: 823-830; K. Ogawa, K.Takai, H. Kanbara, T. Kiwada, Y. Kitamura, K. Shiba, A. Odani, Preparation and evaluation of a radiogallium complex-conjugated bisphosphonate as a bone scintigraphy agent, Nuc. Med. Biol., 2011; 38: 631-636; US 2012/0148492 A1, Jun. 14, 2012, Bisphosphonic acid derivative and compound thereof labeled with radioactive metal nuclide, Hiroyuki Dozono, Fujifilm RI Pharma Co. Ltd., Tokyo, Japan).

Die im Stand der Technik bekannten N-haltigen α-H-Bisphosphonate bzw. α-Hydroxy-Bisphosphonate verwenden DOTA oder NOTA als Chelator, wobei die geminalen Bisphosphonate über eine Amidbindung an das Stickstoffatom in C_3-4-Position des Chelators konjugiert sind. Die bekannten Konjugate N-haltiger α-H-Bisphosphonate bzw. α-Hydroxy-Bisphosphonate haben allerdings eine im Vergleich zum geminalen Bisphosphonat stark verringerte Affinität zu Knochensubstanz. Es wird vermutet, dass die Derivatisierung des jeweiligen geminalen Bisphosphonats dessen Affinität erheblich mindert. Andere N-heteroaromatische α-Hydroxy-Bisphosphonate, wie beispielsweise Zoledronat, welches eine hohe Affinität zur Knochensubstanz aufweisen, konnten bisher nicht mit einem bifunktionellen Chelator konjugiert werden.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Pharmakon mit einer im Vergleich zum Stand der Technik erhöhten Akkumulation an Knochen, insbesondere an Knochentumoren, bereitzustellen. Hierbei soll ein besseres Anreicherungsverhältnis für Knochen-zu-Blut und Knochen-zu-Weichteilgewebe, eine höhere Bindungsausbeute zu Knochentumoren sowie eine effiziente renale Ausscheidung von nichtgebundenem Pharmakon erzielt werden. Je nach Wahl des Radionuklids sollen die erfindungsgemäßen Bisphosphonat-Derivate für die molekulare Bildgebung, insbesondere als PET-Diagnostikum, und als Endoradiotherapeutikum einsetzbar sein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Verbindung V, umfassend einen Chelator X und einen oder mehrere, mit dem Chelator X konjugierte Targetingvektoren (TV) mit der Struktur -L₁-R₁-L₂-R₂-L₃-R₃, wobei

• L₁ aus der Gruppe, umfassend Amid, Phosphinat, Alkyl, Triazol, Thioharnstoff, Ethylen, Maleimid, -(CH₂)_k- und -(CH₂CH₂O)_k- mit k = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 gewählt ist,
• L₂ aus -(CH₂)_m- und -(CH₂CH₂O)_m- mit m = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 gewählt ist, und
• L₃ aus -(CH₂)_n- und -(CH₂CH₂O)_n- mit n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 gewählt ist, und
• R2 gewählt ist aus der Gruppe, umfassend eine Restgruppe eines: Pyrrols, Pyridins, Pyrimidins, Furans, Azols, Triazols, Tetrazols, Pyrazols, Imidazols, Oxazols, Oxadiazols, Thiophens, Thiazols, Thiadiazols, Azins, Oxazins, Thiazins, Naphthalins, Chinolins, Chromens oder Thiochromens;
  und

Der Begriff "Chelator" bzw. die Bezeichnung "X" bezeichnet hierin allgemein eine Verbindung, die befähigt ist, ein Metallion zu komplexieren. Bevorzugte Chelatoren sind zyklische Verbindungen, die optional mit einer oder mehreren Seitenketten versehen sind. Solche zyklischen Verbindungen mit oder ohne Seitenkette(n) werden auch als "makrozyklische Liganden" oder "makrozyklische Chelatoren" bezeichnet. Ein beispielhafter makrozyklischer Chelator mit vier Seitenketten ist DOTA: Er besteht aus dem 12-gliedrigen Makrozyklus 1,4,7,10-Tetraazacyclododecan, der an den vier Stickstoffatomen des Makrozyklus, also den Positionen 1,4,7 und 10 des Makrozyklus, durch Essigsäure-Reste substituiert ist: also 1,4,7,10-Tetraazacyclododecan-1,4,7,10-tetraessigsäure.

Der Begriff "Derivat", bezogen auf einen Chelator X, bezeichnet eine Verbindung, die sich von diesem Chelator X dadurch unterscheidet, dass mindestens eine Gruppe des Chelators X durch eine andere Gruppe ersetzt ist. In Bezug auf ein Derivat eines Chelators kann synonypm ausgedrückt werden, dass das Derivat von dem Chelator "abgeleitet" ist. Solche Verbindung werden in Bezug auf den Chelator X hierin als dessen Derivate bzw. deren Derivate bezeichnet. Handelt es sich bei dem Chelator X um einen makrozyklischen Liganden, so unterscheidet sich das Derivat vom Chelator entweder (a) dadurch, dass mindestens eine Gruppe, die Bestandteil des Makrozyklus ist, durch eine andere Gruppe ersetzt ist (z.B. kann eine Methylen- durch eine Ethylengruppe ersetzt sein oder umgekehrt), und/oder (b) dadurch, dass mindestens eine Gruppe, die eine Seitenkette oder ein Bestandteil einer Seitenkette ist, durch eine andere Gruppe ersetzt ist (z.B. kann eine Essigsäure- durch eine Essigsäureamidgruppe ersetzt sein oder umgekehrt). Derivate mit einem Unterschied vom Typ (b) sind bevorzugt. Darunter weiter bevorzugt sind Derivate, mit einem Unterschied vom Typ (b), aber ohne einen Unterschied vom Typ (a). Ein beispielhaftes Derivat des Chelators DOTA ist die Verbindung DOTAM, bei der alle vier Essigsäuregruppen-Seitenketten von DOTA durch Essigsäureamidgruppen ersetzt sind. Das Derivat ist bevorzugt selbst ein Chelator, d.h. eine Verbindung, die befähigt ist, ein Metallion zu komplexieren.

Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, dass:

• der Chelator X gewählt ist aus der Gruppe, umfassend EDTA (Ethylendiamintetraacetat), EDTMP (Diethylentriaminpenta(methylenphosphonsäure)), DTPA (Diethylentriaminpentaessigsäure) und dessen Derivate, DOTA (1,4,7,10-Tetraazacyclododecan-1,4,7,10-tetraessigsäure), DOTAGA (Dodeca-1-glutarsäure-1,4,7,10-tetraamin-triessigsäure), DOTAM (1,4,7,10-Tetrakis(carbamoylmethyl)-1,4,7,10-tetraazacyclododecan) und anderen DOTA-Derivaten, TRITA (Trideca-1,4,7,10-tetraamin-tetraessigsäure), TETA (Tetradeca-1,4,8,11-tetraamin-tetraessigsäure) und dessen Derivate, NOTA (Nona-1,4,7-triamin-triessigsäure) und dessen Derivate wie beispielsweise NOTAGA (1,4,7-triazacyclononan,1-glutarsäure,4,7-essigsäure), NOPO (1,4,7-triazacyclononan-1,4-bis[methylen(hydroxymethyl)phosphinsäure]-7-[methylen(2-carboxyethyl)phosphinsäure]), PEPA (Pentadeca-1,4,7,10,13-pentaaminpenta-essigsäure), HEHA (Hexadeca-1,4,7,10,13,16-hexaamin-hexaessigsäure) und dessen Derivate, HBED (Hydroxybenzyl-ethylen-diamin) und dessen Derivate, DEDPA und dessen Derivate, wie H₂DEDPA (1,2-[{6-(carboxylat-)pyridin-2-yl}methylamin]ethan), DFO (Deferoxamin) und dessen Derivate, Deferipron, CP256 (4-Acetylamino-4-{2-[(3-hydroxy-1,6-dimethyl-4-oxo-1,4-dihydro-pyridin-2-ylmethyl)-carbamoyl]-ethyl}-heptandisäure bis-[(3-hydroxy-1,6-dimethyl-4-oxo-1,4-dihydro-pyridin-2-ylmethyl)-amid]) und dessen Derivate, wie YM103; TRAP (Triazacyclononan-phosphinsäure), TEAP (Tetraazycyclodecan-phosphinsäure) und dessen Derivate, AAZTA (6-Amino-6-methylperhydro-1,4-diazepin-N,N,N',N'-tetraessigsäure) und Derivate wie DATA; SarAr (1-N-(4-aminobenzyl)-3,6,10,13,16,19-hexaazabicyclo[6.6.6]-eicosan-1,8-diamin) und Salze davon;
• die Verbindung V, die eine Struktur gemäß der Formel I aufweist worin X den Chelator bezeichnet; und/oder
• die Verbindung V, die eine Struktur gemäß der Formel II aufweist,

Die Erfindung hat zudem die Aufgabe, ein Pharmakon für die Behandlung von Knochenerkrankungen bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Pharmakon, das die vorstehend beschriebene Verbindung V und ein mit der Verbindung V komplexiertes metallisches Isotop M umfasst. Vorzugsweise ist das metallische Isotop M gewählt aus der Gruppe, umfassend ⁴⁴Sc, ⁴⁷Sc, ⁵⁵Co, ⁶²Cu, ⁶⁴Cu, ⁶⁷Cu, ⁶⁶Ga, ⁶⁷Ga, ⁶⁸Ga, ⁸⁹Zr, ⁸⁶Y, ⁹⁰Y, ⁹⁰Nb, ^99mTc, ¹¹¹In, ¹³⁵Sm, ¹⁵⁹Gd, ¹⁴⁹Tb, ¹⁶⁰Tb, ¹⁶¹Tb, ¹⁶⁵Er, ¹⁶⁶Dy, ¹⁶⁶Ho, ¹⁷⁵Yb, ¹⁷⁷Lu, ¹⁸⁶Re, ¹⁸⁸Re, ²¹³Bi und ²²⁵Ac. Besonders bevorzugt sind ⁶⁶Ga, ⁶⁷Ga, ⁶⁸Ga und ¹⁷⁷Lu.

In dieser Erfindung sind besonders bevorzugt diejenigen Kombinationen aus einem bevorzugten metallischen Isotop und/oder einem bevorzugten Chelator X und/oder einer bevorzugte Verbindung V, mit einem bevorzugten Bisphosphonat.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Pharmakons aus der Verbindung V und einem metallischen Isotop M bereit zu stellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, welches die folgenden Schritte umfasst:

1. (a) Bereitstellen einer die Verbindung V nach einem der Ansprüche 1 bis 7 enthaltenden Lösung S;
2. (b) Bereitstellen eines metallischen Isotops M, wie beispielsweise ⁶⁸Ga(III); und
3. (c) Ligieren des metallischen Isotops M mit der Verbindung V unter Bildung eines Komplexes MV des metallischen Isotops M mit der Verbindung V in einer Lösung F.

Zweckmäßige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, dass:

• in Schritt (b) das metallische Isotop M in einer Lösung bereitgestellt wird;
• in Schritt (b) ein Radionuklidgenerator mit einem Mutternuklid und einem durch Zerfall des Mutternuklids erzeugten metallischen Isotop M bereitgestellt und in Schritt (c) das metallische Isotop M mit der Lösung S von dem Mutternuklid separiert wird;
• in Schritt (b) das metallische Isotop M in einem Ionenaustauscher enthalten ist und in Schritt (c) das metallische Isotop M mit der Lösung S von dem Ionenaustauscher eluiert wird;
• in Schritt (b) das metallische Isotop M in einem Ionenaustauscher enthalten ist und in Schritt (c) das metallische Isotop M mit einem Lösungsmittel E von dem Ionenaustauscher eluiert wird, um eine das metallische Isotop M enthaltende Lösung ME zu erhalten, und die Lösung ME mit der Lösung S gemischt wird, um die Lösung F mit dem Komplex MV zu erhalten;
• in Schritt (c) vor der Elution des metallischen Isotops M der Ionenaustauscher mit einem oder mehreren Lösungsmitteln gespült wird, um Verunreinigungen zu entfernen;
• der Ionenaustauscher ein Kationenaustauscher ist;
• der Ionenaustauscher als wirksame Komponente sulfoniertes Poly(styrol-co-divinylbenzol)-Harz umfasst, wobei das Poly(styrol-co-divinylbenzol)-Harz Divinylbenzol in einer Menge von 2 bis 20 mol-% basierend auf 100 mol-% Styrol- und Divinylbenzol-Monomereinheiten enthält;
• die Lösung F im Anschluss an Schritt (c) filtriert und/oder neutralisiert wird;
• Schritt (c) innerhalb von 6 s bis 5 min, innerhalb von 6 s bis 3 min, innerhalb von 6 s bis 2 min oder vorzugsweise innerhalb von 6 s bis 1 min, abgeschlossen ist;
• Schritt (c) bei einer Temperatur von 10 bis 95 °C, von 10 bis 90 °C, von 10 bis 40 °C oder vorzugsweise von 10 bis 30 °C durchgeführt wird;
• in Schritt (b) ein Radionuklidgenerator eingesetzt wird, wobei der Radionuklidgenerator ein auf einer chromatographischen Säule adsorbiertes Mutternuklid, wie beispielsweise ⁶⁸Ge, umfasst und ein durch Zerfall des Mutternuklids gebildetes Tochternuklid, wie beispielsweise ⁶⁸Ga, von der chromatographischen Säule eluiert wird;
  und/oder
• in Schritt (b) ein Radionuklidgenerator eingesetzt wird, wobei der Radionuklidgenerator eine Lösung mit einem Mutternuklid, wie beispielsweise ⁹⁰Sr enthält und ein durch Zerfall des Mutternuklids erzeugtes Tochternuklid, wie beispielsweise ⁹⁰Y, aus der Lösung eluiert wird.

Die erfindungsgemäße Verbindung V umfasst einen Chelator X und einen oder mehrere, mit dem Chelator X konjugierte Targetingvektoren mit der Struktur -L₁-R₁-L₂-R₂-L₃-R₃. Insbesondere weist die Verbindung V eine der folgenden Strukturen auf: mit

• k = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10;
• m = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10;
• n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10; und
• Z = OH, H, NH₂ oder Cl.

R₂ ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, umfassend die Restgruppen der Moleküle: und Isomere der vorstehenden Moleküle.

Dementsprechend hat die erfindungsgemäße Verbindung V eine zu den nachfolgend gezeigten Verbindungen identische oder analoge Struktur, wobei das Molekül, von dem sich die Gruppe R₂ ableitet, jeweils angegeben ist: Molekül, von dem R₂ abgeleitet ist Verbindung V Struktur Nr. Pyrrol (IV) Imidazol (V) Pyrazol (VI) 1,2,3-Triazol (VII) 1,2,4-Triazol (VIII) Tetrazol (IX) Thiophen (X) Furan (XI) Thiazol (XII) 1,2-Thiazol (XIII) Thiadiazol (XIV) Oxazol (XV) 1,2-Oxazol (XVI) 1,2,3-Oxadiazol (XVII) 1,3,4-Oxadiazol (XVIII) 1,2,5-Oxadiazol (XIX) 1,2,4-Oxadiazol (XX) Pyridin (XXI) Pyrimidin (XXII) 1,2,3-Triazin (XXIII) 1,2,4-Triazin (XXIV) 1,3,5-Triazin (XXV) 1,2,3,4-Tetrazin (XXVI) 1,2,4,5-Tetrazin (XXVII) 1,2,3,5-Tetrazin (XXVIII) 1,2-Thiazin (XXIX) 1,3-Thiazin (XXX) 1,4-Thiazin (XXXI) 1,3-Oxazin (XXXII) 1,4-Oxazin (XXXIII) Napthalin (XXXIV) Chinolin (XXXV) 2H-Chromen (XXXVI) 4H-Chromen (XXXVII) 2H-Thiochromen (XXXVIII) 4H-Thiochromen (XXXIX)

In einigen der vorstehend gezeigten erfindungsgemäßen Verbindungen beziehungsweise Strukturformeln ist die Gruppe R₂ mit einer gestrichelten Linie umrandet, die eine Markush-Schattierung repräsentiert und anzeigt, dass jede der möglichen Bindungstellen der Gruppe R₂ für die Bindung zwischen R₂ und der Gruppe R₃ bzw. -L₃-R₃ (d. h. dem Bisphosphonat) sowie für die Bindung zwischen R₂ und der Gruppe R₁ bzw. -R₁-L₂- genutzt wird. Insbesondere können die Gruppen -R₁-L₂- und/oder -L₃-R₃ auch über ein Stickstoffatom der NH-Substituenten der Gruppe R₂ gebunden sein, wobei die Bindung das Wasserstoffatom des NH-Substituenten ersetzt.

In den vorstehenden Strukturformeln ist:

• L₁ = -(CH₂)_k- mit k = 1;
• L2 = -(CH₂)_m- mit m = 2;
• L₃ = -(CH₂)_n- mit n = 1; und
• Z = OH, H, NH₂ oder Cl.

Im Rahmen der Erfindung sind zudem Verbindungen vorgesehen, in denen

L₁ gewählt ist aus der Gruppe, umfassend einen Amid-, Phosphinat-, Alkyl-, Triazol-, Thioharnstoff-, Ethylen-, Maleimid-Rest und -(CH₂)_k- oder -(CH₂CH₂O)_k- mit k = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10;

• L₂ = -(CH₂)_m- oder -(CH₂CH₂O)_m- mit m = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10; undr
• L₃ = -(CH₂)_n- oder -(CH₂CH₂O)_n- mit n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10.

Nachfolgend ist die Basisstruktur einiger der erfindungsgemäßen Chelatoren X gezeigt.

Eine erfindungsgemäß besonders bevorzugte Verbindung V ist DOTA^ZOL mit der Strukturformel III

Eine erfindungsgemäß ebenso besonders bevorzugte Verbindung V ist DOTAM^ZOL.

Auf DOTA^ZOL basierende Pharmaka des Typs [M]DOTA^ZOL, wie beispielsweise [⁶⁸Ga]DOTA^ZOL und [¹⁷⁷Lu]DOTA^ZOL sowie alle davon abgeleiteten Derivate (z.B. DOTAM-basierte Derivate) lassen sich effizient herstellen und sind chemisch und unter physiologischen Bedingungen stabil. In den vorstehenden Strukturformeln ist die Komplexierung des metallischen Isotops M durch eckige Klammern symbolisiert.

Diese Erfindung bezieht sich auch auf Vorrichtungen zum Herstellen eines Radiopharmakons.

Fig. 3 zeigt schematisch eine erste Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Radiopharmakons aus der erfindungsgemäßen Verbindung V und einem metallischen Radioisotop M, welches vorzugsweise gewählt ist aus ⁶⁶Ga, ⁶⁷Ga und ⁶⁸Ga. Vorrichtung 1 umfasst einen Radionuklidgenerator 10 mit einer chromatographischen Säule 12, an der ein metallisches Mutternuklid, wie ⁶⁸Ge adsorbiert ist, und einer Elutionsvorrichtung 11 zum Eluieren eines durch Zerfall des Mutternuklids erzeugten Tochternuklids M, wie ⁶⁸Ga, von der chromatographischen Säule 12 mit einem geeigneten Lösungsmittel. Die Elutionsvorrichtung 11 umfasst beispielsweise einen Vorlagebehälter für das Lösungsmittel und eine Pumpe. Die verschiedenen Komponenten von Vorrichtung 1 sind über Fluidleitungen, die in Fig. 3 durchgängig mit dem Bezugszeichen 9 bezeichnet sind, miteinander verbunden. Der Auslass der chromatographischen Säule 12 ist über eine Fluidleitung und ein erstes Mehrwegeventil 13 mit dem Einlass eines Ionenaustauschers 14 verbunden. Der Ionenaustauscher 14 umfasst vorzugsweise sulfoniertes Poly(styrol-co-divinylbenzol)harz als aktive Komponente, wobei das Poly(styrol-co-divinylbenzol)harz Divinylbenzol in einer Menge von 2 bis 20 mol-%, basierend auf 100 mol-% Styrol- und Divinylbenzolmonomereinheiten, umfasst. Das von der chromatographischen Säule 12 eluierte Tochternuklid M wird auf dem Ionenaustauscher 14 adsorbiert, während das ebenfalls eluierte Mutternuklid nicht adsorbiert und praktisch vollständig über ein zweites Mehrwegeventil 15 in ein Auffanggefäß 16 geführt wird.

Die Vorrichtung 1 umfasst vorzugsweise weitere Elutionsvorrichtungen 21, 22, 23, die über Fluidleitungen und das erste Mehrwegeventil 13 mit dem Einlass des Ionenaustauschers 14 verbunden sind. Die Elutionsvorrichtungen 21, 22, 23 dienen zum Reinigen des Ionenaustauschers 14 bzw. des an dem Ionenaustauscher 14 adsorbierten Tochternuklids M. Insbesondere werden mittels der Elutionsvorrichtungen 21, 22, 23 Rückstände, die aus dem Radionuklidgenerator 10 stammen, wie das Mutternuklid, Fe^III, Zn^II und Ti^IV entfernt. Die einen oder mehreren Eluate bzw. Lösungsmittel, die den Ionenaustauscher 14 verlassen, werden ebenfalls über das zweite Mehrwegeventil 15 in das Auffanggefäß 16 geleitet.

Eine weitere Elutionsvorrichtung 30, die über eine Fluidleitung und das erste Mehrwegeventil 13 mit dem Einlass des Ionenaustauschers 14 verbunden ist, wird zum Eluieren des gereinigten Tochternuklids M von dem Ionenaustauscher 14 eingesetzt. Das Eluat mit dem Tochternuklid M wird über das zweite Mehrwegeventil 15 in ein Reaktionsgefäß 17 geleitet. Das Reaktionsgefäß 17 ist vorzugsweise mit einer elektrischen Heizvorrichtung 17A ausgestattet. Aus einem Vorlagebehälter 40 wird eine die erfindungsgemäße Verbindung V enthaltende Lösung in das Reaktionsgefäß 17 geleitet, wodurch die Komplexierung des Tochternuklids M mit der Verbindung V eingeleitet wird. Nach Abschluss der Komplexierung wird die radioaktiv markierte Verbindung VM, d.h. das aus der Verbindung V und dem ligierten Tochternuklid M bestehende Radiopharmakon, über einen optionalen Filter 18 in ein Produktgefäß 19 geleitet, wo es gegebenenfalls mit einer aus einem Vorlagebehälter 50 zugeführten Lösung neutralisiert wird.

Fig. 4 zeigt eine zweite Vorrichtung 2 zur Herstellung eines Radiopharmakons aus der erfindungsgemäßen Verbindung V und einem metallischen Radioisotop M, das vorzugsweise gewählt ist aus ⁶⁶Ga, ⁶⁷Ga und ⁶⁸Ga. In Fig. 4 bezeichnen mit Fig. 3 übereinstimmende Bezugszeichen Komponenten mit der gleichen Funktion. Die zweite Vorrichtung 2 unterscheidet sich von der Vorrichtung 1 darin, dass eine die erfindungsgemäße Verbindung V enthaltende Lösung aus einer Elutionsvorrichtung 43 über eine Fluidleitung und ein Mehrwegeventil 13 mit dem Einlass eines Ionenaustauschers 14 verbunden ist. Die Lösung mit der Verbindung V wird dem Ionenaustauscher 14 direkt zugeführt, wobei das Tochternuklid M zugleich eluiert und komplexiert wird. Von dem Ionenaustauscher 14 wird das Eluat mit der erfindungsgemäßen Verbindung V und dem metallischen Radioisotop M über das Mehrwegeventil 15 und einen optionalen Filter 18 in ein Produktgefäß 19 geleitet. In Fällen, in denen die erfindungsgemäße Verbindung V das Tochternuklid M effizient und stabil komplexiert, kann das Radiopharmakon mittels der Vorrichtung 2 schnell und effektiv hergestellt werden.

Fig. 3 und 4 zeigen spezielle Vorrichtungen mit einem Radionuklidgenerator und einem Ionenaustauscher. Ein separater Ionenaustauscher ist jedoch nicht immer erforderlich. Vielmehr ist es für zahlreiche Anwendungen zweckmäßig, den Ionenaustauscher als Adsorber in dem Radionuklidgenerator einzusetzen.

In weiteren Anwendungsfällen bzw. Ausführungsformen ist weder ein Radionuklidgenerator noch ein Ionenaustauscher erforderlich. In diesen Anwendungsfällen bzw. Ausführungsformen wird das metallische Isotop bzw. metallische Radioisotop in einer Lösung bereitgestellt.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung einer erfindungsgemäßen Verbindung V als Markierungsvorläufer zur Herstellung eines Medikaments bzw. Pharmakons. Die Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung eines solchen Pharmakons in einem bildgebenden Verfahren mittels Positronen-Emissions-Tomographie oder Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie. Das erfindungsgemäße Pharmakon ist geeignet zur Verwendung in einem Behandlungs- oder Therapieverfahren. Insbesondere ist es erfindungsgemäß geeignet zur Verwendung in einem Verfahren zur Behandlung von Knochenerkrankungen und Knochentumoren. Solche Verfahren umfassen insbesondere Verfahren zur Verwendung des Pharmakons bei der Behandlung von Erkrankungen an nicht-manifestierten Knochenmetastasen. Diese Verfahren umfassen bevorzugt die Anreicherung in der Tumorzelle, um die Farnesyl-Pyrophosphat-Synthase (FPPS) zu hemmen. Andere medizinische Verfahren und Verwendungen des Pharmakons gemäß der Erfindung umfassen die Abbildung von pharmakokinetischen Vorgängen, wie Herzerkrankungen, mittels Positronen-Emissions-Tomographie oder Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie. Das Pharmakon kann auch in vivo oder ex vivo verwendet werden als Additiv in künstlicher Knochensubstanz, in Knochenzement oder in Knochenimplantaten.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf die Verwendung einer erfindungsgemäßen Verbindung V in Verbindung mit einem metallischen Isotop M, wie Gadolinium, zur Herstellung eines Pharmakons, wobei das metallische Isotop M bevorzugt unter den Isotopen ⁴⁴Sc, ⁴⁷Sc, ⁵⁵Co, ⁶²Cu, ⁶⁴Cu, ⁶⁷Cu, ⁶⁶Ga, ⁶⁷Ga, ⁶⁸Ga, ⁸⁹Zr, ⁸⁶Y, ⁹⁰Y, ⁹⁰Nb, ^99mTc, ¹¹¹In, ¹³⁵Sm, ¹⁵⁹Gd, ¹⁴⁹Tb, ¹⁶⁰Tb, ¹⁶¹Tb, ¹⁶⁵Er, ¹⁶⁶Dy, ¹⁶⁶Ho, ¹⁷⁵Yb, ¹⁷⁷Lu, ¹⁸⁶Re, ¹⁸⁸Re, ²¹³Bi und ²²⁵Ac ausgewählt ist.

Das erfindungsgemäße Pharmakon kann für die diagnostische Bildgebung mittels Magnetresonanztomographie (Kernspintomographie) oder optical imaging hergerichtet werden. Eine solche Herrichtung kann das Bereitstellen des Pharmakons in einem Kit, umfassend das Pharmakon sowie eine Gebrauchsanweisung, umfassen.

Auf DOTA^ZOL basierende Pharmaka des Typs [M]DOTA^ZOL sowie davon abgeleitete Derivate (z.B. DOTAM-basierte Derivate) zeigen in in vitro-Assays eine Affinität zu Hydroxyapatit, welche die Affinität von bekannten, dreiwertige metallische Radioisotope M enthaltenden Radiopharmaka bei weitem übertrifft.

Radiopharmaka des Typs [M]DOTA^ZOL sowie davon abgeleitete Derivate (z.B. DOTAM-basierte Derivate) zeigen in in vivo-Studien eine wesentlich bessere Bindung an Knochen als die bekannten, dreiwertige metallische Radioisotope M enthaltenden Radiopharmaka. Zudem zeichnen sich [M]DOTA^ZOL und dessen Derivate (z.B. DOTAM-basierte Derivate) durch ein günstigstes Anreicherungsverhältnis von Knochen-zu-Blut und Knochen-zu-Weichteilgewebe aus. Dies ist z.B. in Fig. 6 veranschaulicht.

Radiopharmaka des Typs [M]DOTA^ZOL, sowie davon abgeleitete Derivate (z.B. DOTAM-basierte Derivate), zeigen im Vergleich zu ²²³RaCl₂ (Xofigo®) keine Akkumulation im Darm und werden schnell über die Nieren ausgeschieden.

Radiopharmaka des Typs [M]DOTA^ZOL sowie davon abgeleitete Derivate (z.B. DOTAM-basierte Derivate) zeigen im Vergleich zu aktuell besonders erfolgreichen PSMA-Tracern (PSMA = Prostate Specific Membrane Antigen) eine deutlich intensivere Anreicherung an Knochenmetastasen am gleichen Patienten (Faktoren 2 bis 8) bei gleichzeitig signifikant erniedrigter Akkumulation an gesunden Organen (siehe Beispiel 9). Dementsprechend sind in der bildgebenden Diagnostik-Radiopharmaka der Klasse [⁶⁸Ga]DOTA^ZOL (sowie davon abgeleitete Derivate, z.B. DOTAM-basierte Derivate, wie [⁶⁸Ga]DOTAM^ZOL) den bekannten Tracern überlegen.

Analog hierzu sind Radiopharmaka der Klasse [¹⁷⁷Lu]DOTA^ZOL (sowie davon abgeleitete Derivate, z.B. DOTAM-basierte Derivate, wie [¹⁷⁷Lu]DOTAM^ZOL) in ihrer therapeutischen Wirkung den bekannten Tracern auf Basis dreiwertiger metallischer Radioisotope überlegen. Erste klinische Studien beweisen die hohe Selektivität der Verbindung [¹⁷⁷Lu]DOTA^ZOL, siehe Fig. 5.

Aufgrund ihrer effektiven und selektiven Anreicherung an Knochentumore sowie ihrer therapeutisch insignifikanten Verweilzeit in allen anderen Organen eröffnen Radiopharmaka der Klasse [¹⁷⁷Lu]DOTA^ZOL (sowie davon abgeleitete Derivate, z.B. DOTAM-basierte Derivate, wie [¹⁷⁷Lu]DOTAM^ZOL) eine Alternative zur aufwendigen Therapie von Knochentumoren mit ²²³Ra. Die Behandlung von Knochentumoren mit ²²³Ra weist beträchtliche Nachteile auf, wie

1. (i) beschränkte therapeutische Dosis und Effizienz wegen der hämatotoxischen Wirkung und Akkumulationen von ²²³Ra in Darm, Milz und Leber;
2. (ii) problematische Handhabung und Dosisbemessung sowie aufwendige Sicherheitsvorkehrungen für den Umgang mit ²²³Ra; und
3. (iii) chemische Verunreinigung durch ²²⁵Ac, welche zusätzliche kostenintensive Reinigungsschritte erfordert und die Anwendung von ²²³Ra erheblich erschwert.

Darüber hinaus bietet sich ¹⁷⁷Lu-markiertes DOTA^ZOL (sowie davon abgeleitete Derivate, z.B. DOTAM-basierte Derivate, wie [¹⁷⁷Lu]DOTAM^ZOL) an für eine deutlich potentere Behandlung von Knochenmetastasen nach Prostata-Erkrankung als die derzeit intensiv diskutierten ¹⁷⁷Lu-PSMA-Derivate. Im Vergleich zu diesen ist eine deutlich intensivere Anreicherung an Knochenmetastasen am gleichen Patienten um Faktoren von größer 2 - und damit therapeutisch überlegene Dosimetrie - bei gleichzeitig signifikant erniedrigter Akkumulation - und damit geringerer Körperbelastung - an gesunden Organen zu erwarten.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen Ausführungsformen und Elemente der vorliegenden Erfindung. Wenn in den Beispielen DOTA oder dessen Umsetzung oder Verwendung beschrieben wird, so ist alternativ - statt des Chelators DOTA - der Chelator DOTAM (1,4,7,10-Tetrakis(carbamoylmethyl)-1,4,7,10-tetraazacyclododecan) einsetzbar.

ESI-MS: Agilent Technologies 6130 Quadrupole LC/MS Spektrometer oder Finnigan MAT-95 Spektrometer. NMR-Spektrometer: Bruker 600 (Bruker BioSpin AG, Fällanden, Schweiz). DC bzw. Radio-DC: Merck Silica auf Aluminiumfolie, Laufmittel: 0,1 M Citrat pH = 4 oder Acetylaceton:Aceton: konz. HCl (10:10:1). Detektor: Canberra Packard Instant Imager. Radio-HPLC: Waters-system 1525, Säule: MultoKrom (CS-Chromatographie) RP18, 5µ, 250 x 4 mm. Laufmittel: A(10 mM Tetrabutylammonium Citrat pH = 4,5), B(Acetonitril). Gradient 1 mL/min 70(A):30(B) auf 20(A):80(B). Detektor: Berthold Technologies (Dresden). ⁶⁸Ga/⁶⁸Ge-Generator: Eckert & Ziegler AG (Berlin). ¹⁷⁷Lu(III) in 0,05 M HCl: itm AG (München). µPET: Siemens Focus 120. PET-Daten wurden mit Pmod-Software und OSEM 2D Rekonstruktion bearbeitet. Die Radioaktivität in Gewebeproben wurde zerfallskorrigiert mit einem Auto-Gamma-Counter (WIZARD2, Perkin Eimer, Deutschland).

Aus Histamin wird mit Hilfe von Essigsäureanhydrid das primäre N-ω-Acetylhistamin als Ausgangsverbindung dargestellt. Die Verbindung ist kommerziell (Sigma-Aldrich) erhältlich, kann aber auch nach bekannter Literaturvorschrift von van der Merwe et al. Hoppe-Seyler's Zeitschrift für Physiologische Chemie, 177, 1928, 305 synthetisiert werden. DOTA-NHS-ester ist ebenfalls kommerziell erhältlich, können aber auch nach folgender Literaturvorschrift von Rasaneh et al. Nucl. Med. Biol., 36, 2009, 363-369 synthetisiert werden.

Alternativ ist - statt des Chelators DOTA - der Chelator DOTAM (1,4,7,10-Tetrakis(carbamoylmethyl)-1,4,7,10-tetraazacyclododecan) einsetzbar, der ebenfalls kommerziell erhältlich ist oder entsprechend synthetisiert werden kann.

N-ω-Acetylhistamin 1 g (6,53 mmol) wird in 50 mL trockenem DMF gelöst und 4,4 g (13 mmol) Cäsiumcarbonat zugegeben. Die Lösung wird unter Argon-Atmosphäre und Eiskühlung gerührt. 2,2 g (13 mmol) Benzylbromoacetat werden gelöst in 50 mL trockenem DMF langsam zur Suspension zu getropft. Die Mischung wird 12 Stunden gerührt bevor Aktivkohle zugegeben wird. Anschließend werden die Feststoffe abfiltriert und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Das Rohprodukt wird aus Acetylacetat umkristallisiert und 1,14 g (58%) des 1-(Benzylacetat)-4-(Ethylacetamid)-Imidazol (1) als schwach gelben Feststoff erhalten.
¹H-NMR (CDCl₃, 300 MHz): δ 1,97 (s, 3H, CH₃-CO), 2,76 (t, JH = 6,3 Hz, 2H, CH₂-CH₂), 3,53 (q, JH = 6,0 Hz, 2H, CH₂-CH₂), 4,70 (s, 2H, N-CH₂-CO), 5,22 (s, 2H, Bn-CH₂-CO), 6,53 (bs, 1H, NH), 6,75 (d, JH = 1,3 Hz, Imidazol-H), 7,39 (m, 5H, Benzyl), 7,44 (d, JH = 1,3 Hz, ¹H, Imidazol-H). FD-MS(+): cald 301,14 obsd 302,3 (M + H⁺), 603,2 (2M + H⁺).

300 mg (1 mmol) von (1) werden in 20 mL trockenem Methanol gelöst und Pd/C (10%w) zugegeben. Die Suspension unter Wasserstoffatmosphäre (5 bar) für 12 Stunden gerührt. Nach der Entfernung des Lösungsmittels und der Feststoffe wurde die entschützte Säure (2) (208 mg, 98%) direkt weiter umgesetzt. 1 mL Methansulfonsäure und 164 mg (2 eq.) phosphorige Säure wurden unter Rühren zugegeben. Die Mischung wurde auf 75°C erhitzt und 300 mg (2,2 eq.) Phosphortrichlorid unter Schutzgasamtosphäre langsam zugetropft. Nach 12 Stunden wurde die Reaktionsmischung auf Raumtemperatur abgekühlt und mit 2 mL Eiswasser versetzt. Anschließend wurde die Lösung für 24 Stunden unter Rückfluss erhitzt. Nach der Zugabe von Aktivkohle wurden alle Feststoffe abfiltriert und konzentrierte Natriumhydroxid-Lösung zugetropft, bis ein weißer Feststoff beginnt auszufällen. Zur Komplettierung der Fällung wurde die Suspension 24 Stunden bei 4°C gelagert. Im finalen Schritt wird der erhaltene Feststoff aus kochendem Wasser umkristallisiert und 88,6 mg (28%) vom oben genannten Hydroxybisphosphonat (3) erhalten.
¹H-NMR (D₂O/NaOD, 300 MHz): δ 2,46 (m, 2H, CH₂-CH₂), 2,66 (m, 2H, CH₂-CH₂), 4,28 (m, 2H, N-CH₂-Phosponat), 6,89 (s, 1H, Imidazol-H), 7,54 (s, 1H, Imidazol-H). ³¹P-NMR (D₂O/NaOD, 162,05 MHz): δ 14,4. ESI-MS(+): cald 315,04 obsd 316,05 (M + H⁺), 338,04 (M + Na⁺).

15,75 mg (0,05 mmol) (3) werden in 1 mL Wasser suspendiert und Triethylamin (TEA) zugegeben, bis sich alle Feststoffe gelöst haben. 38 mg (0,05 mmol) DOTA-NHS-Ester gelöst in 0,5 mL Wasser werden langsam zur Bisphosphonat-Lösung zugetropft. Die Reaktionsmischung wird bei 50°C für 24 Stunden gerührt. Der pH-Wert wird regelmäßig kontrolliert und durch Zugabe von TEA zwischen 8 und 9 gehalten. Das Rohprodukt wird durch preparative HPLC (Phenomenex Synergy Hydro-RP 80, 10 µ, 250 x 30 mm, Laufmittel: H₂O + 0,1% TFA) von den Edukten getrennt. Im zweiten Schritt wird das Rohprodukt durch Festphasenextraktion weiter aufgereinigt (NH₂-Phase, Merck LiChroprep NH₂). Das Produkt wird nach Waschen der Festphase mit Wasser/Methanol/Wasser durch eine Lösung aus H₂O + 2% TFA von der Festphase eluiert. Nach Lyophilierung erhält man 5,6 mg (15,7%) eines weißen Feststoffs.
¹H-NMR (D₂O/NaOD, 300 MHz): δ 2,42 (m, 2H, CH2-CH2), 2,61 (m, 2H, CH₂-CH₂), 2,9-3,5 (b, 16H, cyclen-CH₂), 3,75 (bs, 8H, -CH₂-CO), 4,55 (m, 2H, N-CH₂-Phosponat), 7,28 (s, 1H, Imidazole-H), 8,54 (s, 1H, Imidazol-H). ³¹P-NMR (D₂O/NaOD, 162,05 MHz): δ 14,3. ESI-MS(+): cald 701,2 obsd 702,5 (M + H⁺), 351,1 (M + 2H⁺).

Alternativ ist statt des Chelators DOTA der Chelator DOTAM (1,4,7,10-Tetrakis(carbamoylmethyl)-1,4,7,10-tetraazacyclododecan) einsetzbar.

25 nmol DOTA^ZOL werden in 500 µL Natriumacetat-Puffer (0.5 M, pH = 4) gelöst und mit 400 µL ⁶⁸Ga(III) Lösung versetzt. Die Mischung wird 15 min bei 98°C erhitzt. Anschließend wird die Reaktionslösung steril filtriert. Die radiochemische Reinheit wurde durch Dünnschichtchromatographie und HPLC auf größer/gleich 95% bestimmt.

10 nmol DOTA^ZOL pro 1 GBq ¹⁷⁷Lu(III) werden in 1 mL Natriumacetat-Puffer (0.1 M, pH = 5.0) gelöst und mit ¹⁷⁷Lu(III) -Lösung versetzt. Die Mischung wird 30 min bei 98°C erhitzt. Anschließend wird die Reaktionslösung steril filtriert. Die radiochemische Reinheit wurde durch Dünnschichtchromatographie und HPLC auf größer/gleich 98% bestimmt.

Gesunden Wistar Ratten (N = 5) mit einem Gewicht zwischen 140 bis 220 g wurde unter Isofluran Anästhesie 15-18 MBq der ⁶⁸Ga-markierten Verbindung bzw. der ¹⁷⁷Lumarkierten Verbindungen verdünnt in isotoner Kochsalzlösung in die Schwanzvene appliziert. Die Ratten wurden 60 min nach Injektion getötet, Organproben entnommen, gewogen und die Akkumulation des markierten Bisphosphonats im Gewebe in SUV (standardized uptake value) bestimmt, nach der Formel: SUV = (Aktivität pro g Gewebe)/(injizierte Aktivität) x Körpergewicht.

Als Vergleichssubstanzen wurden das bekannte α-Hydroxy-BP BPAPD und ein Pamidronat-DOTA-Konjugat (DOTA^PAM) gewählt. Diese Verbindungen repräsentieren die vorstehend erwähnten, im Stand der Technik bekannten Verbindungen, welche ihre affine Aminofunktion offenbar durch die Derivatisierung mit dem bifunktionellen Chelator verloren haben.

Messergebnisse zur Organdistribution der vorstehend beschriebenen ⁶⁸Ga-markierten Bisphosphonate sind in den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 zusammengestellt. SUV Organ [⁶⁸Ga]BPAPD [⁶⁸Ga]DOTA^PAM [⁶⁸Ga]DOTA^ZOL Lunge 0,43 (0,08) 0,53 (0,16) 0,45 (0,11) Leber 0,37 (0,11) 0,43 (0,04) 0,28 (0,03)^‡ Milz 0,23 (0,08) 0,31 (0,04) 0,17 (0,02)^‡ Nieren 0,56 (0,08) 0,48 (0,06) 0,53 (0,04) Muskel 0,17 (0,02) 0,09 (0,02) 0,08 (0,02)^† Herz 0,32 (0,09) 0,23 (0,02) 0,14 (0,04)^†‡ Blut 0,86 (0,21) 0,60 (0,03) 0,47 (0,19)^† Darm 0,26 (0,05) 0,28 (0,12) 0,14 (0,08) Femur 3,21 (0,29) 4,53 (0,17) 5,40 (0,62)^†‡ Knochen-zu-Organ-Verhältnisse [⁶⁸Ga]BPAPD [⁶⁸Ga]DOTA^PAM [⁶⁸Ga]DOTA^ZOL Lunge 7,47 8,61 12,06 Leber 8,68 10,02 19,21 Milz 13,96 14,51 31,71 Nieren 5,73 9,44 10,22 Muskel 18,88 47,96 65,96 Herz 10,03 19,49 37,97 Blut 3,73 7,61 11,47 Darm 12,35 16,11 38,67 Eliminierungs Halbwertszeit [⁶⁸Ga]BPAPD [⁶⁸Ga]DOTA^PAM [⁶⁸Ga]DOTA^ZOL t_1/2(α) 5 min 4,5 min 5 min t_1/2(β) 4 h 4,5 h 2,3 h

Alternativ ist statt des Chelators DOTA der Chelator DOTAM (1,4,7,10-Tetrakis(carbamoylmethyl)-1,4,7,10-tetraazacyclododecan) einsetzbar.

Radiopharmaka des Typs [M]DOTA^ZOL sowie davon abgeleitete Derivate (z.B. DOTAM-basierte Derivate) zeigen im Vergleich zu aktuell besonders erfolgreichen PSMA-Tracern (PSMA = Prostate Specific Membrane Antigen) eine deutlich intensivere Anreicherung an Knochenmetastasen am gleichen Patienten (Faktoren 2 bis 8) bei gleichzeitig signifikant erniedrigter Akkumulation an gesunden Organen (siehe Beispiel 9). Die Tabelle zeigt die gemessene Aufnahme (uptake), (als SUV-max-Werte) von [⁶⁸Ga]DOTA^ZOL und [⁶⁸Ga]HBED-PSMA^CC im direkten Vergleich an einem Patienten mit Prostatakarzinom und Knochenmetastasen. Organ [⁶⁸Ga]DOTA^ZOL PET/CT [⁶⁸Ga]HBED-PSMA^CC PET/CT Tag n Tag n+2 (d.h. 2 Tage später) SUV-max Knochenläsionen C4 Wirbelkörper und Hüftsiel 12,38 7,97 8. rechte hintere Rippe 7,99 7,12 T9 Wirbelkörper 17,08 7,60 T11 Wirbelkörper 32,29 12,98 L2 Wirbelkörper 68,92 8,85 L3 Wirbelkörper 62,96 9,46 L4 Wirbelkörper 34,51 10,98 L5 Wirbelkörper 21,94 19,99 Kreuzbein 17,98 14,96 Rechtes Sitzbein 32,55 14,96 Linker Knochen, Höhe Sitzbein- und Schambeinkochen 62,32 8,99 Rechte Hüftpfanne 25,39 11,71 Weichgewebe Rechte Ohrspreicheldrüse 1,22 5,80 Linke Ohrspreicheldrüse 1,46 6,48 Leber 2,85 6,48 Milz 4,50 3,27 Rechte Niere 9,34 22,72 Linke Niere 4,12 5,75 Blase 15,53 22,23

Die beigefügten Figuren veranschaulichen Ausführungsformen und Elemente der vorliegenden Erfindung, schränken den Gegenstand der Erfindung aber nicht auf die in den Figuren veranschaulichten Ausführungsformen und Elemente ein. Wenn in den Figuren DOTA oder dessen Umsetzung oder Verwendung beschrieben wird, so ist alternativ - statt des Chelators DOTA - der Chelator DOTAM (1,4,7,10-Tetrakis(carbamoylmethyl)-1,4,7,10-tetraazacyclododecan) einsetzbar.

Fig 1: Vergleich von [^99mTc]MDP und ²²³RaCl₂ an Tag 1, 2 und Tag 6 nacph der Injektion: aus O. Sartor, P. Hoskin, Ø. S. Bruland, Targeted radio-nuclide therapy of skeletal metastases, Cancer Treatment Reviews, 2013; 39: 18-26.

Fig. 2: µPET-Aufnahmen verschiedener ⁶⁸Ga(III) markierter makrozyklischer Bisphosphonate in gesunden Wistar-Ratten nach 60 min im Betriebsmodus Maximum Intesity Projection.

Fig. 3 zeigt schematisch eine erste Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Radiopharmakons aus der erfindungsgemäßen Verbindung V und einem metallischen Radioisotop, wie oben detailliert beschrieben.

Fig. 4 zeigt eine zweite Vorrichtung 2 zur Herstellung eines Radiopharmakons aus der erfindungsgemäßen Verbindung V und einem metallischen Radioisotop M, wie oben detailliert beschrieben.

Fig. 5: Verteilung von [¹⁷⁷Lu]DOTA^ZOL im Patienten mit disseminierten Knochenmetastasen: [¹⁷⁷Lu]DOTA^ZOL-Szintigraphie an einem Patienten mit Prostatakarzinom 6 Stunden nach Injektion. In einer ersten therapeutischen Anwendungen konnte der PSA-Wert, welcher ein wichtiger Marker in der Verlaufskontrolle des Prostatakarzinoms darstellt, innerhalb von zwei Monaten von anfänglich 478 ng/mL auf 88 ng/mL nach nur einer Behandlung mit 5,5 GBq [¹⁷⁷Lu]DOTA^ZOL gesenkt werden. Äquivalent kann ¹⁷⁷Lu-DOTAM^ZOL verwendet werden.

Fig. 6: PET/CT-Scan eines Prostatakarzinom-Patienten mit Knochenmetastasen, untersucht mit ⁶⁸Ga-DOTA^ZOL. Äquivalent kann ⁶⁸Ga-DOTAM^ZOL verwendet werden.